4 - Sezione F Majorana

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LE BASI DELL’EREDITARIETÀ
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Ogni aspetto di un essere vivente, dalla forma dei frutti, alla sfumatura di colore delle penne
dei pappagalli, al colore degli occhi di un uomo, alla capacità di digerire certe sostanze, alla
resistenza al caldo o al freddo, è controllato da una particolare sostanza contenuta nei
cromosomi: il DNA o acido desossiribonucleico.
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DNA
I geni sono costituiti proprio da DNA, che è,
quindi, la sostanza fondamentale per la
trasmissione e l'organizzazione della vita.
La struttura della molecola del DNA fu
scoperta nel 1963 da due giovani ricercatori,
l'americano James Watson e l'inglese
Francis Crick.
Watson e Crick di fronte a un modello di DNA.
Il DNA è una molecola complessa, milioni di volte più pesante di una molecola di idrogeno, ma
tanto sottile (quando è svolta) da poter essere appena visibile con i più potenti microscopi
elettronici.
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DNA
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La molecola di DNA è formata da una lunga fila di molecole, che si chiamano nucleotidi.
Ogni nucleotide è, a sua volta, costituito da acido
fosforico, da uno zucchero con 5 atomi di carbonio
(il desossiribosio) e da un composto contenente
azoto, chiamato base azotata.
Acido fosforico
Base azotata
Desossiribosio
Nel caso del DNA le basi azotate sono quattro:
Adenina
Citosina
Guanina
Timina
A
C
G
T
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DNA
Possiamo paragonare la struttura del DNA a quella di una
scala a chiocciola, in cui la doppia ringhiera (in grigio) è
formata dallo zucchero e dall'acido fosforico, mentre i gradini
sono dati dall'unione di due basi azotate, che si uniscono
secondo uno schema fisso: l'adenina (A) si unisce sempre
con la timina (T) e la guanina (G) con la citosina (C).
Adenina
Timina
Guanina
Citosina
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DNA
È proprio questa sequenza di gradini, diversa in ogni DNA di organismi diversi, a determinare
la struttura di ciascun individuo.
Quando una cellula si divide per formare due cellule figlie, la molecola del DNA si apre come
una cerniera lampo.
Catena
originale
Nuove
catene
Subito dopo ogni metà della molecola ricostruisce la parte mancante usando come modello il
filamento rimasto. In questo modo si formano due nuove molecole di DNA, esattamente uguali
a quelle di partenza. Esse si distribuiscono nelle due nuove cellule. Questo meccanismo si
chiama duplicazione.
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Il codice genetico
La particolare struttura del DNA permette la trasmissione dei caratteri ereditari, perché le
cellule figlie hanno molecole di DNA uguali a quelle della cellula madre, e quindi con le stesse
informazioni.
La scrittura di queste informazioni e la loro trasformazione in uno specifico carattere
corrispondono alla seconda importante funzione del DNA, cioè la sintesi delle proteine.
Le informazioni necessarie per costruire le proteine caratteristiche di ogni organismo sono,
infatti, contenute nel DNA.
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Il codice genetico
Sappiamo che ogni proteina è formata da unità fondamentali, gli amminoacidi. Nella molecola
del DNA un gruppo di tre basi azotate, cioè una tripletta, corrisponde a un determinato
amminoacido.
Tripletta
C
G
T
amminoacido
Un certo numero di triplette, l'una di seguito all'altra (quindi una serie di amminoacidi), è
responsabile della formazione di una specifica proteina.
Il linguaggio delle triplette costituisce un vero e proprio codice, che prende il nome di codice
genetico.
La parte di DNA compresa tra la tripletta iniziale e quella finale è ciò che chiamiamo gene.
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Il codice genetico
LE BASI DELL’EREDITARIETÀ
La produzione delle proteine non viene però effettuata direttamente dal DNA, ma avviene nel
citoplasma delle cellule (il DNA, invece, si trova nel nucleo).
A trasportare l'informazione nel citoplasma
provvede l'RNA o acido ribonucleico.
L'RNA funziona dunque da messaggero.
La molecola dell'RNA è simile a quella del DNA, ma è
formata da un unico filamento, in cui il
desossiribonucleico è sostituito dal ribosio e invece
della base timina vi è l'uracile (U).
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Il codice genetico
Il montaggio delle proteine a partire dai loro costituenti, gli amminoacidi, avviene grazie a
speciali corpuscoli contenuti nella cellula, i ribosomi.
Affinché gli amminoacidi, presenti nel citoplasma, si dispongano nell'RNA messaggero uno
dietro l'altro a formare una proteina, occorrono degli intermediari.
Questi intermediari sono costituiti da altre molecole presenti nel citoplasma, chiamate RNA
trasportatori.
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Il codice genetico
LE BASI DELL’EREDITARIETÀ
Ogni molecola di RNA trasportatore si lega a un determinato amminoacido e si attacca
all'RNA messaggero solo in corrispondenza di tre nucleotidi complementari.
RIBOSOMA
amminoacido
amminoacido
amminoacido
C
A
U
G
U
C
G
A
La sintesi procede in questo
modo, fino a quando il
ribosoma arriva a una
tripletta che non corrisponde
a
un
certo
RNA
trasportatore,
ma
che
significa "fine".
C
RNA
Allora la catena di amminoacidi si stacca e la proteina è completata. La velocità della sintesi
proteica è molto elevata e richiede pochi secondi.
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Il genoma e le biotecnologie
Il genoma, cioè il complesso di geni che definiscono un individuo, è un documento immenso,
che viene trasmesso da ogni cellula madre alla cellula figlia.
Il genoma umano è formato da 50 a 100 mila geni, che portano "istruzioni" per la sintesi di
decine di migliaia di proteine e di alcune strutture come i ribosomi. Ogni proteina richiede, a sua
volta, una media di 300-400 istruzioni per altrettanti amminoacidi.
Inoltre, il DNA che serve per la sintesi delle proteine è solo una piccola parte del DNA totale: la
maggior parte del DNA, e delle relative sequenze di basi, ha una funzione sconosciuta.
Complessivamente, il genoma umano è formato da circa 3.000.000.000 di coppie di basi
disposte nella lunghissima catena del DNA, raccolta in 46 cromosomi.
Nel nucleo di ogni cellula umana c'è un DNA che, svolto per intero, formerebbe un filamento
lungo più di 1 metro.
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Il genoma e le biotecnologie
Progetto genoma
Allo scopo di conoscere i geni che codificano gli individui della nostra specie, la comunità
scientifica ha dato inizio, nel 1988, a un grande progetto di ricerca che coinvolge centinaia di
laboratori in tutto il mondo: il Progetto genoma.
Alla fine i ricercatori saranno in
grado di disegnare la mappa di ogni
cromosoma. Le mappe indicano la
posizione dei geni che sono
responsabili dei vari caratteri.
Tali mappe cromosomiche (a
sinistra) sono paragonabili a un
mosaico composto da piccoli pezzi
di
DNA
provenienti
da
un
cromosoma e successivamente
riordinati.
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Il genoma e le biotecnologie
Le biotecnologie
Dopo l'individuazione della doppia elica del DNA e la decifrazione del codice genetico, vi è
stato un grande aumento delle conoscenze circa i processi biologici fondamentali degli
organismi più complessi.
In tal modo si è reso possibile l'intervento diretto sulle proprietà biologiche ereditabili.
L'acquisizione delle tecnologie per manipolare il DNA in provetta e per reinserirlo poi nei
diversi organismi (ingegneria genetica) fa parte delle nuove biotecnologie.
Esse aiutano l'uomo a modificare gli esseri viventi per innumerevoli applicazioni nel campo
della salute, nel campo agroalimentare, nel campo industriale e nel mondo della protezione
dell'ambiente.
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